Ghép các nguồn điện thành bộ, bộ nguồn ghép nối tiếp, song song và hỗn hợp đối xứng
Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu Vậy đối với mạch có nhiều bộ nguồn điện được ghép nối tiếp, ghép song song hay ghép hỗn hợp đối xứng thì công thức và cách tính hiệu điện thế hay suất điện động, cường độ dòng điện và điện trở như thế nào? chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây.
I. Đoạn mạch chứa nguồn điện [nguồn phát điện]- Đối với đoạn mạch có chứa nguồn điện [nguồn phát], dòng điện có chiều đi ra từ cực dương và đi tới cực âm.
- Hiệu điện thế UAB giữa hai đầu A và B của đoạn mạch, trong đó A nối với cực dương của nguồn điện: UAB = ξ - I[r + R].
* Ví dụ [câu C3 trang 56 SGK Vật lý 11]: Hãy viết hệ thức tính UBA đối với đoạn mạch và tính hiệu điện thế này khi cho biết E [hay ξ] = 6V; I = 0,5A; r = 0,3Ω; và R = 5,7Ω.
° Lời giải câu C3 trang 56 SGK Vật lý 11:
- Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch:
⇒ UBA = I.[r + R] – E
- Vận dụng với: E = 6V; I = 0,5A; r = 0,3ω và R = 5,7ω
- Ta có: UBA = 0,5.[0,3 + 5,7] - 6 = -3[V].
II. Ghép các nguồn điện thành bộ
1. Bộ nguồn ghép nối tiếp
- Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn điện [ξ1, r1], [ξ2, r2],..., [ξn, rn], được ghép nối tiếp với nhau, trong đó cực âm của nguồn điện trước được nối bằng dây dẫn với cực dương của nguồn điện tiếp sau để thành một dãy liên tiếp.
- Suất điện động của n bộ nguồn nối tiếp bằng tổng các suất điện động của các nguồn điện có trong bộ: ξb = ξ1 + ξ2 +...+ ξn.
- Điện trở trong r của n bộ nguồn nối tiếp bằng tổng các điện trở trong của các nguồn có trong bộ: rb = r1 + r2 +...+ rn.
2. Bộ nguồn ghép song song
- Bộ nguồn song song là bộ nguồn gồm n nguồn điện giống nhau được ghép song song với nhau, trong đó nối cực dương của các nguồn vào cùng một điểm A và nối cực âm của các nguồn vào cùng điểm B.- Bộ nguồn song song có suất điện động và điện trở trong là: ξb = ξ và .
3. Bộ nguồn ghép hỗn hợp đối xứng
- Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng là bộ nguồn gồm n dãy ghép song song với nhau, mỗi dãy gồm m nguồn điện giống nhau ghép nối tiếp như sau:- Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng có suất điện động và điện trở trong là: ξb = mξ; .
- Với n là số dãy song song, m là số nguồn của mỗi dãy.
III. Bài tập vận dụng về bộ nguồn ghép nối tiếp, song song hay hỗn hợp đối xứng.
* Bài 1 trang 58 SGK Vật Lý 11: Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều như thế nào?
° Lời giải bài 1 trang 58 SGK Vật Lý 11:
- Dòng điện này có chiều đi ra từ cực dương và đi vào cực âm của nguồn.
* Bài 2 trang 58 SGK Vật Lý 11: Trình bày các mối quan hệ đối với đoạn mạch chứa nguồn điện
° Lời giải bài 2 trang 58 SGK Vật Lý 11:
- Xét một đoạn mạch chứa nguồn điện như hình sau:
- Trong đó dòng điện có chiều từ B đến A;
- RAB là điện trở toàn phần trên đoạn mạch AB.
- Các mối quan hệ giữa cường độ dòng điện I, hiệu điện thế UAB, suất điện động E [hay ξ] là:
hay
* Bài 3 trang 58 SGK Vật Lý 11: Trình bày cách ghép các nguồn điện thành bộ nguồn nối tiếp và thành bộ nguồn song song. Trong từng trường hợp hãy viết công thức tính suất điện động của bộ nguồn và điện trở trong của nó.
° Lời giải bài 3 trang 58 SGK Vật Lý 11:
♦ Bộ nguồn nối tiếp gồm các nguồn [ξ1; r1], [ξ2; r2],..., [ξn; rn] ghép nối tiếp bằng cách ghép cực âm của nguồn điện trước được nối bằng dây dẫn với cực dương của nguồn điện tiếp sau tạo thành một dãy liên tiếp.
- Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn :
ξb = ξ1 + ξ2 +...+ ξn
rb = r1 + r2 +...+ rn
- Trường hợp bộ nguồn gồm n nguồn giống nhau có cùng suất điện động ξ và điện trở trong r ghép nối tiếp thì : ξb= n.ξ và rb = n.r
♦ Bộ nguồn song song là bộ nguồn n nguồn giống nhau, trong đó cực dương của các nguồn được nối với một điểm A và cực âm của các nguồn được nối vào cùng một điểm B.
- Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn : ξb= ξ và .
* Bài 4 trang 58 SGK Vật Lý 11: Một ắc quy có suất điện động và điện trở trong là ξ = 6V và r = 0,6Ω .Sủa dụng ắc quy này để thắp sáng bóng đèn có ghi 6V-3W. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của ắc quy khi đó.
° Lời giải bài 4 trang 58 SGK Vật Lý 11:
- Ta có: Điện trở của bóng đèn:
- Cường độ dòng điện chạy trong mạch:
- Xét đoạn mạch AB chứa nguồn [ξ, r] ta có:
⇒ Hiệu điện thế giữa hai cực của Ắc quy:
- Kết luận: I = 0,476[A] ; U = 5,714[V].
* Bài 5 trang 58 SGK Vật Lý 11: Hai nguồn điện có suất điện động và điện trở trong lần lượt là ξ1 = 4,5V, r1 = 3Ω; ξ2 = 3V; r2 = 2Ω. Mắc hai nguồn điện thành mạch điện kín như sơ đồ hình 10.6. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế UAB.
° Lời giải bài 5 trang 58 SGK Vật Lý 11:
- Để ý ta thấy đây là bộ nguồn mắc nối tiếp, nên sật điện động và điể trở của bộ nguồn là:
ξb = ξ1 + ξ2 = 4,5 + 3 = 7,5[V].
rb = r1 + r2 = 3 + 2 = 5[Ω].
⇒ Cường độ dòng điện chạy trong mạch là:
- Hiệu điện thế UAB trong trường hợp này là: UAB = ξ2 - I.r2 = ξ1 - I.r1 = 4,5 - 1,5.3 = 0[V].
* Bài 6 trang 58 SGK Vật Lý 11: Trong mạch điện có sơ đồ hình dưới, hai pin có cùng suất điện động ξ = 1,5V và điện trở trong r = 1Ω. Hai bóng đèn giống nhau có cùng số ghi trên đèn là 3V - 0,75W. Cho rằng điện trở của các đèn không thay đổi theo nhiệt độ.a] Các đèn có sáng bình thường không ? Vì sao?
b] Tính hiệu suất của bộ nguồn.
c] Tính hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi pin.
d] Nếu tháo bớt một đèn thì đèn còn lại có công suất tiêu thụ điện năng là bao nhiêu?
° Lời giải bài 6 trang 58 SGK Vật Lý 11:
- Từ thông số của bóng đèn, ta có, hiệu điện thế định mức của bóng đèn là Uđm = 3[V] và cống suất định mức cả bóng là Pđm = 0,75[w]
⇒ Điện trở của mỗi bóng đèn:
- Vì 2 đèn mắc song song nên ta có điện trở tương đương [điện trở mạch ngoài]:
- Do 2 nguồn điện được mắc nối tiếp nên ta có, công thức tính suất điện động và điện trở trong là:
ξb = ξ1 + ξ2 = 2ξ = 2.1,5 = 3[V]
rb = r1 + r2 = 2r = 2.1 = 2[Ω].
⇒ Cường độ dòng điện chay qua mạch chính là:
⇒ Hiệu điện thế đặt vào 2 đầu mỗi bóng đèn là:
- Theo bài ra, hiệu điện thế định mức của đèn: Uđm = 3[V] > Uđ = 2,25[V].
⇒ Các đèn sáng yếu hơn mức bình thường.
b] Hiệu suất của bộ nguồn:
.100% = .100% = 75%.
c] Hiệu điện thế giữa 2 cực của mỗi pin là:
U1 = U2 = ξ1 - I.r1 = 1,5 - 0,375.1 = 1,125[V].
d] Nếu tháo bớt 1 bóng đèn thì điện trở mạch ngoài là R1 = 12[Ω].
⇒ Dòng điện trong mạch khi đó là:
⇒ Công suất tiêu thụ của đèn: Pđ = I'2.R1 = 0,2142.12 = 0,55[w].
Ghép các nguồn điện thành bộ, bộ nguồn ghép nối tiếp, song song và hỗn hợp đối xứng - Vật lý 11 bài 10 được biên soạn theo sách mới nhất và Được hướng dẫn biên soạn bởi các thầy cô giáo dạy Giỏi tư vấn, nếu thấy hay hãy chia sẻ và comment để nhiều bạn khác học tập cùng.
Giả sử có n nguồn, vì mắc n nguồn song song nên ta có: Eb=E=6Vrb=rn=2,5n
Công suất mạch ngoài: P=I2RN⇒RN=1,75Ω
Lại có: I=EbRN+rb⇔2=61,75+2,5n⇒n=2
Chọn A
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
C1 trang 55 SGK: Hãy viết biểu thức liên hệ giữa suất điện động E với cường độ dòng điện I và các điện trở r, R, R1 của mạch điện kín [hình 10.1SGK]
Trả lời:
Áp dụng định luật ôn cho toàn mạch:
C2 trang 55 SGK: Hãy viết hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế UAB, cường độ dòng điện I và điện trở R1 đối với đoạn mạch hình 10.2b SGK
Trả lời:
Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch chứa điện trở thuần :UAB = I.R1
C3 trang 56 SGK: Hãy viết hệ thức tính UBA đối với đoạn mạch hình 10.2a và tính hiệu điện thế này khi cho biết E = 6V; I = 0,5A; r = 0,3ω; và R = 5,7ω
Trả lời:
Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch:
→ UBA = I.[r + R] – E
Vận dụng với: E = 6V; I = 0,5A; r = 0,3ω và R = 5,7ω
Ta có: UBA = 0,5.[0,3 + 5,7] – 6 = -3V
Lời giải:
Dòng điện này có chiều đi ra từ cực dương và đi vào cực âm của nguồn.
Lời giải:
Xét một đoạn mạch chứa nguồn điện như hình 10.2a.
Trong đó dòng điện có chiều từ B đến A;
RAB là điện trở toàn phần trên đoạn mạch AB.
Các mối quan hệ giữa cường độ dòng điện I, hiệu điện thế UAB, suất điện động E:
Lời giải:
-Bộ nguồn nối tiếp gồm các nguồn [ ℰ 1;r1], [ ℰ 2;r2]…… [ ℰ n;rn] ghép nối tiếp băng cách ghép cực âm của nguồn điện trước được nối bằng dây dẫn với cực dương của nguồn điện tiếp sau tạo thành một dãy liên tiếp.
Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn :
ℰ b= ℰ 1+ ℰ 2+…..+ ℰ n
Rb=r1+r2+ … +rn
Trường hợp bộ nguồn gồm n nguồn giống nhau có cùng suất điện động ℰ và điện trở trong r ghép nối tiếp thì : ℰ b=n. ℰ và rb=n.r
-Bộ nguồn song song là bộ nguồn n nguồn giống nhau, trong đó cực dương của các nguồn được nối với một điểm A và cực âm của các nguồn được nối vào cùng một điểm B
Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn : ℰ b= ℰ và rb=r/n
Lời giải:
Điện trở của bóng đèn:
Cường độ dòng điện chạy trong mạch:
Xét đoạn mạch AB chứa nguồn [E, r] ta có:
→ Hiệu điện thế giữa hai cực của Ắc quy:
Đáp án: a] I = 0,48A ; U = 5,712V
Lời giải:
Giả sử dòng điện trong mạch có chiều như hình vẽ.
Khi đó cả hai nguồn đều là nguồn phát [có chiều dòng điện đi ra từ cực dương]
Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch ta được:
→ dòng điện có chiều đúng với chiều giả sử.
Xét đoạn mạch AB chứa nguồn [E1, r1] ta có:
→ Hiệu điện thế: UAB = E1 – I.r1 = 44,5 – 1,5.3 = 0V
Đáp án: I = 1,5A; UAB = 0V
a] Các đèn có sáng bình thường không ? Vì sao?
b] Tính hiệu suất của bộ nguồn.
c] Tính hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi pin.
d] Nếu tháo bớt một đèn thì đèn còn lại có công suất tiêu thụ điện năng là bao nhiêu?
Lời giải:
Điện trở của mỗi bóng đèn:
Vì mạch ngoài chứa 2 đền giống nhau mắc song song nên điện trở tương đương mạch ngoài là: RN = R/2 = 12/2 = 6ω
Cường độ dòng điện qua mạch chính:
[vì có 2 nguồn [E, r] ghép nối tiếp nên Eb – 2E, rb = 2r]
a] Hiệu điện thế ở hai đầu mỗi đèn: Uđ = I.RN = 0,375.6 = 2,25V
Nhận xét: Uđ < Uđm = 3V nên hai đèn sáng mờ hơn bình thường.
b] Hiệu suất của bộ nguồn:
c] Vì hai nguồn giống nhau ghép nối tiếp nên hiệu điện thế giữa hai cực mỗi pin:
d] Nếu tháo bỏ một bóng đèn mạch ngoài chỉ còn 1 đèn nên điện trở mạch ngoài lúc này là: R’N = 12ω
Hiệu điện thế ở hai đầu đèn lúc này:
U’đ = I. R’N = 0,214.12 = 2,568V
Nhận xét: U’đ > Uđ [2,568V > 2,25V] nên đèn còn lại sẽ sáng mạnh hơn lúc trước.
Đáp án: a] đèn sáng yếu hơn bình thường; b] H =75%
c] U1pin = 1,125V ; d] sáng mạnh hơn lúc trước.